一、引言

關(guān)鍵核心技術(shù)是國之重器，對推動(dòng)我國經(jīng)濟高質(zhì)量發(fā)展、保障國家安全具有十分重要的作用。2018年5月，習近平在中國科學(xué)院第十九次院士大會(huì )、中國工程院第十四次院士大會(huì )上的重要講話(huà)中強調：“關(guān)鍵核心技術(shù)是要不來(lái)、買(mǎi)不來(lái)、討不來(lái)的。只有把關(guān)鍵核心技術(shù)掌握在自己手中，才能從根本上保障國家經(jīng)濟安全、國防安全和其他安全。”^①關(guān)鍵核心技術(shù)是各國科技競爭的戰略制高點(diǎn)，決定著(zhù)一個(gè)國家科技實(shí)力的真實(shí)水平。集成電路產(chǎn)業(yè)是數字經(jīng)濟的底座，是各國科技角力的“主戰場(chǎng)”。一國對該產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵核心技術(shù)的掌握程度，很大程度上決定了該國在未來(lái)科技競爭中的國際地位。當前，我國在高制程芯片制造、基礎軟件、關(guān)鍵設備和材料等環(huán)節仍然面臨關(guān)鍵核心技術(shù)“卡脖子”風(fēng)險。只有突破和掌握這些“卡脖子”的關(guān)鍵核心技術(shù)，我國才能真正躋身世界科技強國之列。

①習近平：《在中國科學(xué)院第十九次院士大會(huì )、中國工程院第十四次院士大會(huì )上的講話(huà)》，人民出版社2018年版，第11頁(yè)。

2005年，美國財經(jīng)作家托馬斯·弗里德曼在其專(zhuān)著(zhù)《世界是平的》中提出，全球化正在飛速發(fā)展，資金、技術(shù)和信息的全球化正在創(chuàng )造一個(gè)單一的全球市場(chǎng)，“世界正被抹平”，趨于平坦的全球體系正在逐漸替代冷戰體系。然而，僅僅在十幾年之后，經(jīng)濟學(xué)家和企業(yè)家一致發(fā)現，以自由競爭和國際產(chǎn)業(yè)合作為內核的全球化發(fā)生了轉向[1]，世界突然變得壁壘叢生、凹凸不平。在技術(shù)單邊主義、保護主義政策之下，國際經(jīng)貿格局和世界競爭秩序加速重構。以維護技術(shù)霸權為目標的“大國競爭戰略”已成為美國具有長(cháng)期導向的國家戰略，其推行科技霸權，打造“芯片聯(lián)盟”“清潔網(wǎng)絡(luò )”等科技“小圈子”，在高科技領(lǐng)域進(jìn)行壟斷打壓、技術(shù)封鎖[2]，企圖遏阻其他國家科技和經(jīng)濟發(fā)展[3]，嚴重阻礙全球技術(shù)合作與進(jìn)步[4]，技術(shù)限制、產(chǎn)業(yè)鏈阻斷、限制創(chuàng )新資源獲取成為其技術(shù)遏制的主要手段。技術(shù)的局部對抗和圈層封鎖加速了集成電路產(chǎn)業(yè)的全球價(jià)值鏈重構，保護主義和科技壁壘使世界凹凸程度上升。

由此，本文試圖將“凹凸世界”作為當前我國關(guān)鍵核心技術(shù)突破和技術(shù)趕超的基本情境。所謂“凹凸世界”，是指當前顯性和隱性壁壘相互交織、科技遏制與反遏制持續存在、全球產(chǎn)業(yè)鏈割裂化圈層化局域化不斷顯現的國際經(jīng)濟格局和技術(shù)合作環(huán)境。在此背景下，集成電路全球產(chǎn)業(yè)鏈合作的效率邏輯讓位于國家競爭主導下的安全邏輯，后發(fā)國家面臨“斷鏈脫鉤”威脅，傳統的依托國際技術(shù)合作的技術(shù)趕超路徑受到較大沖擊，關(guān)鍵核心技術(shù)突破與趕超面臨各種博弈。中國要實(shí)現關(guān)鍵核心技術(shù)的爬坡、攻頂，需要非常規的戰略和突破路徑。

二、關(guān)鍵核心技術(shù)及后發(fā)國家技術(shù)趕超戰略

關(guān)鍵核心技術(shù)是產(chǎn)業(yè)鏈關(guān)鍵環(huán)節或者關(guān)鍵領(lǐng)域的核心技術(shù)，與關(guān)鍵共性技術(shù)、前沿引領(lǐng)技術(shù)、顛覆性技術(shù)等不同，其更強調對于一個(gè)產(chǎn)品、一個(gè)產(chǎn)業(yè)乃至一國戰略競爭的關(guān)鍵作用。如果某項關(guān)鍵核心技術(shù)受制于人，該產(chǎn)業(yè)鏈就會(huì )存在“卡脖子”風(fēng)險。2018年以來(lái)，學(xué)術(shù)界從技術(shù)、體制、機制等層面對關(guān)鍵核心技術(shù)突破展開(kāi)研究和探討。

（一）關(guān)鍵核心技術(shù)及其突破路徑

學(xué)者們普遍認同關(guān)鍵核心技術(shù)對于一個(gè)產(chǎn)業(yè)乃至一國經(jīng)濟體系安全的重要作用，但對關(guān)鍵核心技術(shù)的本質(zhì)內涵及其體系解構存在不同認知。有學(xué)者認為，關(guān)鍵核心技術(shù)是制約共性技術(shù)突破的科學(xué)理論及核心工藝[5]，有學(xué)者則認為關(guān)鍵核心技術(shù)本身是以復雜性知識或者集成性知識為基礎的關(guān)鍵性技術(shù)體系，包括基礎工藝、核心元部件、核心設備乃至系統構架等，不單一指向某一具體技術(shù)或者部件[6]。本文認為，關(guān)鍵核心技術(shù)是具有充分延展性、包含多層次的戰略性技術(shù)。對于一國產(chǎn)業(yè)體系而言，某關(guān)鍵核心技術(shù)可以是一個(gè)包含多形態(tài)、多點(diǎn)位、多種知識基礎的產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系，而對于特定產(chǎn)業(yè)鏈的解構，關(guān)鍵核心技術(shù)則包含不同環(huán)節的具體技術(shù)，包括軟件研發(fā)、設備制造和材料研發(fā)以及部件制造技術(shù)，在不同環(huán)節的關(guān)鍵核心技術(shù)中，更具體地則涉及流程中的工藝技術(shù)或軟件IP，如集成電路中的光刻技術(shù)、刻蝕、離子注入等工藝技術(shù)。而在產(chǎn)業(yè)發(fā)展和企業(yè)實(shí)踐中，關(guān)鍵核心技術(shù)更多是指下沉到具體工藝層面和知識基礎層面與產(chǎn)業(yè)興亡攸關(guān)的重要技術(shù)。從技術(shù)創(chuàng )新過(guò)程和政策適配來(lái)看，以知識基礎來(lái)劃分關(guān)鍵核心技術(shù)體系具有重要意義。

目前，學(xué)者們對關(guān)鍵核心技術(shù)突破路徑的研究不多，既有研究涉及不同層次和不同視角。一是立足于國家層次技術(shù)突破的優(yōu)先產(chǎn)業(yè)選擇和突破口選擇研究，關(guān)注一國應該優(yōu)先選擇重點(diǎn)突破的產(chǎn)業(yè)和關(guān)鍵點(diǎn)。謝富勝和王松認為，當代科技創(chuàng )新的重點(diǎn)在于關(guān)鍵部件、核心部件的創(chuàng )新，應從本國的主導產(chǎn)業(yè)或者戰略性新興產(chǎn)業(yè)的需要出發(fā)，選擇重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)來(lái)突破。例如，日本和韓國都選擇半導體行業(yè)進(jìn)行突破，但日本重點(diǎn)專(zhuān)注于設備和材料的突破，韓國則重點(diǎn)專(zhuān)注于關(guān)鍵零部件以及系統集成的突破，這也造成了兩國在當前全球市場(chǎng)的競爭地位差異[7]。余江等研究發(fā)現，目前我國在以高端芯片、基礎軟件、核心發(fā)動(dòng)機、高檔數控機床、特種材料等為代表的關(guān)鍵性領(lǐng)域依然存在顯著(zhù)的短板，這些領(lǐng)域應該成為我國關(guān)鍵核心技術(shù)突破的重點(diǎn)領(lǐng)域[8]。二是基于特定產(chǎn)業(yè)或產(chǎn)業(yè)技術(shù)范式的技術(shù)突破路徑研究。呂鐵和賀俊研究了政府干預在高鐵這一復雜巨系統技術(shù)趕超過(guò)程中的作用，認為政府在機會(huì )條件、創(chuàng )新導向和微觀(guān)主體互動(dòng)方式等方面引致了高強度、高效率和大范圍的技術(shù)學(xué)習進(jìn)而促進(jìn)了高鐵的技術(shù)追趕[9]。劉建麗和李先軍研究認為，我國集成電路產(chǎn)業(yè)存在明顯短板，但也存在超大規模應用市場(chǎng)等優(yōu)勢，其關(guān)鍵核心技術(shù)突破應采取非對稱(chēng)競爭戰略，規避常規競爭路線(xiàn)[10]。三是從微觀(guān)企業(yè)視角研究如何實(shí)現技術(shù)追趕和突破。拉佐尼克（Lazonick）認為，企業(yè)是最靈敏的“技術(shù)發(fā)現者”，它們往往根據自身經(jīng)營(yíng)需要去搜尋和生產(chǎn)某種技術(shù)，進(jìn)而促進(jìn)了應用技術(shù)向實(shí)驗技術(shù)和基礎研究的“逆向轉化”，這種關(guān)鍵技術(shù)突破路徑在一些創(chuàng )新型企業(yè)中表現尤為突出。由于創(chuàng )新的不確定性、累積性和集體性特征，創(chuàng )新企業(yè)往往具有“戰略控制、財務(wù)承諾和組織構建”的社會(huì )條件，它們促成了企業(yè)創(chuàng )新的實(shí)施[11]。楊水利等將“低端鎖定”突破路徑分為同種模塊再集成和異種模塊再集成，研究企業(yè)技術(shù)資源優(yōu)勢、系統集成能力對“低端鎖定”突破路徑的影響，指出企業(yè)應通過(guò)整合及運用技術(shù)資源提高自身系統集成能力，利用模塊再集成路徑突破“低端鎖定”[12]。

在“凹凸世界”背景下，關(guān)鍵核心技術(shù)突破已經(jīng)超越了技術(shù)創(chuàng )新經(jīng)濟學(xué)的范疇，是技術(shù)創(chuàng )新、國家競爭、國產(chǎn)替代戰略在技術(shù)戰略層面相互交融的課題。本文將關(guān)鍵核心技術(shù)突破限定在產(chǎn)業(yè)層面和技術(shù)特質(zhì)層面，戰略主體是國家和政府。即便都是復雜產(chǎn)品，其技術(shù)特質(zhì)仍可能存在巨大差異，例如，模塊化技術(shù)和流程型技術(shù)的工藝過(guò)程和知識傳播過(guò)程就存在很大差異。國家戰略需充分尊重產(chǎn)業(yè)發(fā)展規律，對于產(chǎn)業(yè)技術(shù)及其發(fā)展趨勢的深刻認知，有利于一國作出恰當的戰略反應。集成電路產(chǎn)業(yè)作為長(cháng)鏈條、多關(guān)鍵技術(shù)節點(diǎn)、知識基礎復雜的戰略性產(chǎn)業(yè)，其關(guān)鍵核心技術(shù)體系具有多元化、復合性特征，不僅包括設備、材料、軟件和制造、封測這些不同環(huán)節的技術(shù)，而且在技術(shù)類(lèi)型上還包含模塊化技術(shù)和流程型技術(shù)，因而其關(guān)鍵核心技術(shù)及其突破路徑研究具有重要現實(shí)意義。

（二）關(guān)鍵核心技術(shù)突破的組織模式選擇

技術(shù)創(chuàng )新的主體主要包括企業(yè)、大學(xué)、科研機構以及政府，各主體在技術(shù)創(chuàng )新過(guò)程中的參與方式和相互作用能夠影響創(chuàng )新效率，由此引發(fā)了對技術(shù)創(chuàng )新組織模式的探討。關(guān)鍵核心技術(shù)突破對于一國屬于顛覆性技術(shù)創(chuàng )新，這類(lèi)創(chuàng )新需要較多的創(chuàng )新資源投入，政府、企業(yè)及各種研究組織以什么樣的方式參與技術(shù)創(chuàng )新過(guò)程，在不同國家、不同技術(shù)范式的產(chǎn)業(yè)中表現出不同的驅動(dòng)和主導模式。縱觀(guān)世界各國技術(shù)發(fā)展和趕超史，以下三種模式較為典型：一是產(chǎn)業(yè)和企業(yè)內驅動(dòng)的創(chuàng )新模式。從發(fā)達國家技術(shù)革新歷程來(lái)看，企業(yè)主導的“有組織的創(chuàng )新”是19世紀末以來(lái)美國和德國科技發(fā)展的顯著(zhù)特征[13]。在工業(yè)革命進(jìn)程中，技術(shù)創(chuàng )新往往來(lái)源于企業(yè)的實(shí)際需求以及實(shí)驗室的開(kāi)發(fā)。德國化工企業(yè)通過(guò)設立實(shí)驗室，實(shí)現了在第二次工業(yè)革命時(shí)期重化工業(yè)的快速發(fā)展；美國繁榮的市場(chǎng)經(jīng)濟吸收大量人才進(jìn)入企業(yè)，通過(guò)對基礎研究的應用轉化和創(chuàng )新技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化應用，實(shí)現了科技成果的有效轉化。自20世紀50年代以來(lái)，總專(zhuān)利申請量持續增長(cháng)，企業(yè)投入的研究與試驗發(fā)展（R&D）經(jīng)費不斷增長(cháng)[14]，占全社會(huì )R&D投入比重在60年代中期以后不斷上升[15]。從美國科技創(chuàng )新史來(lái)看，具有時(shí)代顛覆性的創(chuàng )新通常與喬布斯、馬斯克這樣的企業(yè)家相關(guān)聯(lián)，企業(yè)家精神是推動(dòng)革命性創(chuàng )新的源動(dòng)力；一般的關(guān)鍵核心技術(shù)突破動(dòng)力來(lái)自企業(yè)追求商業(yè)化成功的天性，尤其是當企業(yè)之間存在競爭時(shí)，為搶占市場(chǎng)主導權，企業(yè)愿意付出巨大的成本探索技術(shù)前沿。二是政府強力主導的關(guān)鍵核心技術(shù)突破模式。企業(yè)驅動(dòng)的創(chuàng )新模式是市場(chǎng)經(jīng)濟條件下經(jīng)濟發(fā)展的基本動(dòng)力，但適用于不具有明顯“代際差距”和技術(shù)封鎖的全球背景。隨著(zhù)全球競爭從白熱化的軍事競爭、經(jīng)濟競爭向更加深層次的技術(shù)競爭轉變，以及技術(shù)復雜度不斷增加后投資規模和投資風(fēng)險的快速增長(cháng)，由企業(yè)主導的關(guān)鍵核心技術(shù)突破模式遭遇挑戰，這使政府主導下的關(guān)鍵核心技術(shù)突破模式成為有效甚至唯一可行的模式。中國高鐵技術(shù)的趕超被視為這一模式的典型。政府構建的技術(shù)機會(huì )是中國高鐵高強度技術(shù)學(xué)習的直接驅動(dòng)力，管理部門(mén)作為創(chuàng )新的直接參與者、引導商業(yè)化應用的領(lǐng)先用戶(hù)以及產(chǎn)業(yè)結構的塑造者，都在中國高鐵技術(shù)趕超中發(fā)揮了有效而關(guān)鍵的作用[16]。這種模式可以有效地利用產(chǎn)業(yè)政策，對關(guān)鍵核心技術(shù)的創(chuàng )新主體予以支持。三是政企協(xié)同推進(jìn)模式。政府提供創(chuàng )新激勵以及在創(chuàng )新體系構建中發(fā)揮引導者和組織者角色，是政企協(xié)同模式中政府發(fā)揮作用的主要方式。例如，韓國在半導體領(lǐng)域的技術(shù)超越就采用了政企協(xié)同推進(jìn)模式[17]。這種模式能夠同時(shí)發(fā)揮企業(yè)創(chuàng )新的原動(dòng)力和政府在主體協(xié)調、資源集聚等方面的系統優(yōu)勢，支持特定產(chǎn)業(yè)在關(guān)鍵核心技術(shù)上的攻關(guān)，加速關(guān)鍵核心技術(shù)突破。毛蘊詩(shī)等提出，要加快產(chǎn)業(yè)技術(shù)路線(xiàn)圖制定，明確核心技術(shù)突破方向與關(guān)鍵零部件創(chuàng )新目標，借助合資企業(yè)技術(shù)研發(fā)平臺，協(xié)同整合各種創(chuàng )新主體，培育核心技術(shù)自主創(chuàng )新能力，最終實(shí)現產(chǎn)業(yè)核心技術(shù)的突破[18]。陳鳳等提出，要發(fā)揮科研機構在核心技術(shù)攻堅體系中探索服務(wù)重大技術(shù)突破的制度設計與組織機制創(chuàng )新，明確核心平臺的戰略定位和突破關(guān)鍵共性技術(shù)的戰略任務(wù)，推動(dòng)各類(lèi)創(chuàng )新主體形成基于深度信任的協(xié)同合作研發(fā)[19]。

總體而言，關(guān)鍵核心技術(shù)突破的組織模式需要與制度情境、特定產(chǎn)業(yè)的戰略地位、產(chǎn)業(yè)組織結構以及技術(shù)類(lèi)型相適應，政府發(fā)揮作用的邊界應視這些因素的變化而調整。在當前“凹凸世界”背景下，關(guān)鍵核心技術(shù)突破已經(jīng)上升到國家戰略范疇，在依靠新型舉國體制推動(dòng)全球競爭性產(chǎn)業(yè)的高復雜技術(shù)突破時(shí)，還需要研究政府發(fā)揮作用的方式和邊界。既有研究中關(guān)于日本半導體產(chǎn)業(yè)的趕超戰略對我國集成電路產(chǎn)業(yè)的技術(shù)趕超具有一定的啟示，但當年日本半導體產(chǎn)業(yè)技術(shù)趕超面臨的更多的是單一技術(shù)環(huán)節和單一產(chǎn)業(yè)的壁壘，從國際產(chǎn)業(yè)鏈合作角度來(lái)看，遠未達到今天“凹凸世界”的程度。因此，“凹凸世界”成為當前我國關(guān)鍵核心技術(shù)突破的路徑分析的邏輯起點(diǎn)。

三、集成電路產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵核心技術(shù)特質(zhì)分析

集成電路主體產(chǎn)業(yè)鏈包括縱向的芯片設計、芯片制造、封裝測試、集成應用以及作為重要支撐的EDA工具軟件、IP架構授權以及材料和設備供應（如圖1所示）。集成電路產(chǎn)業(yè)鏈組織模式目前有高度縱向一體化的IDM模式（如英特爾）和高度專(zhuān)業(yè)化分工模式。后一種模式中的企業(yè)通常只專(zhuān)注于一兩個(gè)環(huán)節，如臺積電只專(zhuān)注于制造環(huán)節，而一些芯片產(chǎn)品的供應者只做設計而將制造外包（如高通），還有一部分企業(yè)既是集成電路應用商也是自研芯片設計者。企業(yè)選擇縱向一體化或是部分外包的策略與企業(yè)自身資源、能力以及創(chuàng )新意愿相關(guān)，目前來(lái)看，縱向一體化的技術(shù)自主程度最高，但存在路徑依賴(lài)風(fēng)險。

圖1 集成電路產(chǎn)業(yè)鏈及技術(shù)體系構成

集成電路產(chǎn)業(yè)是全鏈條、全過(guò)程均復雜的技術(shù)串聯(lián)系統，技術(shù)體系龐大，關(guān)鍵核心技術(shù)是多元而分散的，一些環(huán)節技術(shù)迭代速度快，一些環(huán)節則技術(shù)范式周期較長(cháng)。從知識基礎來(lái)看，全產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)譜系可以分為五個(gè)技術(shù)族群，基于EDA工具和IP架構的芯片設計屬于以通信語(yǔ)言為基礎的研發(fā)技術(shù)和軟件技術(shù)，制造和封裝則屬于基于化學(xué)和物理的流程型復雜加工技術(shù)，關(guān)鍵設備領(lǐng)域主要基于基礎制造能力的模塊化精密制造技術(shù)，材料領(lǐng)域則是以高純化學(xué)品加工為主的精細化工技術(shù)，而集成應用商則主要是設計技術(shù)和集成制造技術(shù)。具體來(lái)說(shuō)，集成電路產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵核心技術(shù)具有如下特質(zhì)。

（一）集成電路產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵核心技術(shù)是一個(gè)聯(lián)動(dòng)性強、相輔相成的生態(tài)體系

集成電路關(guān)鍵核心技術(shù)是族群式生態(tài)體系，各子體系聯(lián)動(dòng)性強，產(chǎn)業(yè)鏈任一環(huán)節的突破可引致其他環(huán)節技術(shù)的生態(tài)匹配式創(chuàng )新。在穩定的技術(shù)范式下，制造工藝創(chuàng )新能夠牽引材料和設備的創(chuàng )新。而不同技術(shù)路線(xiàn)需要不同的設計工具，工藝技術(shù)創(chuàng )新還需要EDA工具的生態(tài)匹配式創(chuàng )新。因此，該產(chǎn)業(yè)鏈關(guān)鍵核心技術(shù)是牽一發(fā)而動(dòng)全身的聯(lián)動(dòng)關(guān)系，不存在獨立發(fā)展的單一關(guān)鍵核心技術(shù)。

（二）流程型巨復雜技術(shù)難以通過(guò)逆向工程獲得突破

集成電路屬于流程極其復雜的制造產(chǎn)品，其制造包含的七大工序（氧化/擴散、光刻、刻蝕、離子注入、薄膜沉積、拋光、金屬化）看似可以分割，實(shí)際上每一道工序都建立在前道工序的基礎上，各工序之間并非相互獨立，也無(wú)法并行完成。對于集成電路這種需要精細到微觀(guān)原子級別的產(chǎn)品，任何環(huán)節細微的差異都可能導致產(chǎn)品系統性失敗或者優(yōu)良率大打折扣。對于擅長(cháng)于模塊化組裝的制造大國而言，由于流程型巨復雜技術(shù)存在諸多訣竅知識（Know-how）類(lèi)的“技術(shù)黑箱”，因此難以通過(guò)逆向工程獲得突破。

（三）不同類(lèi)型集成電路因技術(shù)目標不同而存在不同工藝技術(shù)演化邏輯

根據處理信號的不同，集成電路可以分為數字芯片和模擬芯片，而數字芯片按照用途又可分為邏輯芯片和存儲芯片，不同類(lèi)型芯片工藝技術(shù)差別較大。廣為人知的摩爾定律僅在數字芯片領(lǐng)域奏效，在追求高信噪比、高穩定性、高精度、低功耗的模擬芯片領(lǐng)域，摩爾定律幾乎不起作用。模擬芯片工藝技術(shù)迭代較慢，產(chǎn)品生命周期較長(cháng)，短則三五年，長(cháng)則十幾年。兩類(lèi)芯片制造進(jìn)入壁壘都比較高。數字芯片采用“程序語(yǔ)言+工程”驅動(dòng)，其技術(shù)演化過(guò)程符合經(jīng)濟學(xué)的成本節約邏輯，技術(shù)升級表現為關(guān)鍵節點(diǎn)上晶體管器件結構和晶體管集成度層面的創(chuàng )新。其中，集成度層面的創(chuàng )新在大多數時(shí)間起到主導作用，而器件結構的創(chuàng )新則在一些革命性的技術(shù)節點(diǎn)決定了晶體管的集成度。模擬芯片更多采用“物理知識+工程”驅動(dòng)，制造過(guò)程屬于高度工藝綁定，其研發(fā)和制造需要有多年經(jīng)驗的工程師，因此，行業(yè)內的先行者往往具有訣竅知識（Know-how）儲備優(yōu)勢，從而建立起較深的“護城河”。存儲芯片較之邏輯芯片，由于其遵從“單元復制”邏輯因而技術(shù)復雜度相對較低，因此日本和韓國在技術(shù)趕超時(shí)都優(yōu)先選擇了存儲芯片進(jìn)行集中突破。

（四）數字芯片制造技術(shù)存在競爭性工藝路線(xiàn)的并行演化

與多數商業(yè)化技術(shù)一樣，芯片制造技術(shù)演進(jìn)并不遵從“純技術(shù)流”的演化邏輯，而是在工程技術(shù)突破的基礎上，各廠(chǎng)商權衡制造成本和產(chǎn)品功效進(jìn)行集體選擇的結果，因此“偶然因素”在技術(shù)演化史上經(jīng)常扮演著(zhù)重要角色。因此，對于一個(gè)國家甚至一個(gè)企業(yè)而言，多競爭性路線(xiàn)的并行布局對于取得競爭地位非常重要。從平面MOSFET到FinFET和FD-SOI，再到GAA，一切工藝都趨向于實(shí)現更高集成度、更低功耗和更高可靠性。這些工藝技術(shù)之間的換代是革命性的，工藝技術(shù)的換代雖然在工藝實(shí)現上具有某些共通之處，但更多地表現出制造工藝的斷層躍遷和訣竅知識的大量更新，同賽道的技術(shù)追趕有可能發(fā)生斷代停滯。從工藝技術(shù)演化過(guò)程來(lái)看，GAA是在FinFET基礎上演化而來(lái)，而在競爭性工藝FD-SOI技術(shù)路線(xiàn)下，仍有可能演化出成本更低的工藝技術(shù)。同時(shí)，在模擬芯片領(lǐng)域，MOSFET技術(shù)仍在大規模使用，也有可能演化出更為經(jīng)濟的特色工藝。

（五）額外成本的“參與者共擔”和特色工藝使得成熟制程技術(shù)仍可接受

在10納米之后，是否需要將更多資源投入尖端制程技術(shù)成為芯片制造企業(yè)的重要戰略決策點(diǎn)。從表現來(lái)看，格羅方德、聯(lián)電公司將更多資源投向了現有成熟制程工藝，英特爾公司也在高端制程自研和委托加工之間猶疑。從制程工藝節點(diǎn)演變角度來(lái)看，雖然先進(jìn)制程占比不斷提高，但28納米及以上相對成熟制程憑借高性?xún)r(jià)比依然擁有較大的市場(chǎng)規模。28納米屬于長(cháng)制程節點(diǎn)，預計工藝生命周期將持續20年；從單位晶體管成本來(lái)看，28納米制程節點(diǎn)每百萬(wàn)門(mén)單價(jià)僅2.7美元，是目前市場(chǎng)上單位門(mén)成本最低的制程節點(diǎn)。在當前高制程制造技術(shù)迭代受阻的情況下，成熟制程的工藝優(yōu)化和特色工藝創(chuàng )新是較為現實(shí)且可以接受的選擇。

四、我國集成電路關(guān)鍵核心技術(shù)突破面臨的主要問(wèn)題

從總量層面看，我國集成電路銷(xiāo)售額、進(jìn)出口額都在全球處于領(lǐng)先地位；但從技術(shù)競爭力層面來(lái)看，我國集成電路全產(chǎn)業(yè)鏈競爭力不足，芯片設計底層技術(shù)和制造環(huán)節以及支撐體系方面表現得較為明顯。

（一）我國集成電路設計能力較強，但底層關(guān)鍵技術(shù)仍有待進(jìn)一步突破

集成電路設計的控制力主要來(lái)自EDA工具和IP核的先行優(yōu)勢。EDA是芯片設計工具軟件，是集成電路產(chǎn)業(yè)的底層關(guān)鍵技術(shù)，在整個(gè)產(chǎn)業(yè)生態(tài)中處于最核心地位。當前，美國企業(yè)在EDA市場(chǎng)具有絕對控制力。2022年，全球EDA行業(yè)市場(chǎng)規模達到130億美元，其中70%的市場(chǎng)份額由三大EDA企業(yè)（美國Synopsys公司、Cadence公司和德國Siemens EDA公司）占據，尤其是Synopsys公司占據了全球高達32.14%的市場(chǎng)份額[20]。從國內看，我國集成電路設計企業(yè)的數量自2012年以來(lái)逐年增加，并逐步進(jìn)入到全球主流競爭格局，但產(chǎn)業(yè)發(fā)展受EDA和IP核底層技術(shù)的制約。2022年，我國EDA行業(yè)總銷(xiāo)售額達到73.8億元人民幣，其中我國自主EDA工具企業(yè)本土銷(xiāo)售僅占國內市場(chǎng)份額的11.4%，國產(chǎn)化程度仍然不高[21]。中國要避免在集成電路關(guān)鍵核心技術(shù)方面被“卡脖子”，就必須在EDA和IP核的底層工具和架構方面有所突破。

（二）我國集成電路制造具備優(yōu)勢條件，但自主技術(shù)升級暫時(shí)遇阻

美國是集成電路的發(fā)明國，一直在制造技術(shù)演化中扮演著(zhù)牽引者的角色。就芯片制造技術(shù)來(lái)看，美國、韓國在數字芯片領(lǐng)域居于領(lǐng)先地位，美國、歐洲在模擬芯片領(lǐng)域居于領(lǐng)先地位。我國臺灣地區則是芯片全球代工高地，技術(shù)能力和產(chǎn)能規模都居于領(lǐng)先地位。但從技術(shù)溯源來(lái)看，世界芯片制程技術(shù)都直接或間接來(lái)自美國。由于行業(yè)門(mén)檻很高，進(jìn)入21世紀以來(lái)，集成電路制造的國際競爭格局并未發(fā)生根本性的變化。除非發(fā)生顛覆性技術(shù)革新，該競爭格局將在未來(lái)相當長(cháng)的時(shí)期內保持相對穩定。目前全球具備集成電路制造能力的國家屈指可數，除了作為集成電路發(fā)源地的美國、歐洲傳統工業(yè)強國德國和荷蘭、東亞的日本和韓國以及作為全球科技創(chuàng )新中心之一的以色列之外，能夠進(jìn)入賽道并實(shí)現后發(fā)超越的就只有中國這樣具備強大制造能力、擁有完備的產(chǎn)業(yè)配套體系和人才儲備優(yōu)勢的大國。在當前“凹凸世界”背景下，我國集成電路制造技術(shù)升級受設備和材料等掣肘而暫時(shí)受阻。

（三）我國在集成電路封測環(huán)節有較強競爭力，但前沿核心技術(shù)創(chuàng )新仍有待加強

封裝測試是集成電路產(chǎn)業(yè)鏈上附加值相對較低、偏勞動(dòng)密集型的環(huán)節，先進(jìn)封裝是芯片性能提升的重要路徑之一。封裝測試環(huán)節的技術(shù)源起于美國，同時(shí)該環(huán)節也是美國集成電路產(chǎn)業(yè)鏈最早向外轉移的環(huán)節。由于美國本土人力生產(chǎn)成本較高，其從20世紀60年代末開(kāi)始逐漸將封測加工工序向亞洲轉移，但本土保留封裝測試的核心技術(shù)。國際上一些先進(jìn)封測廠(chǎng)目前主要分布在中國、越南、馬來(lái)西亞等國家。2022年，全球最大的10家封測代工企業(yè)占據了78%的市場(chǎng)份額。這10家企業(yè)地域高度集中，其中有9家位于我國（包括我國臺灣地區）。這9家封測廠(chǎng)占全球市場(chǎng)份額近2/3。但值得注意的是，中國的封測企業(yè)基本都是代工企業(yè)，與英特爾、三星等IDM企業(yè)相比，不具備制造封裝一體化優(yōu)勢。在國際先進(jìn)封測企業(yè)逐漸由中國向東南亞轉移的趨勢下，中國要引領(lǐng)集成電路產(chǎn)業(yè)全球技術(shù)方向，就需特別注重封測核心技術(shù)自主創(chuàng )新的問(wèn)題。

（四）我國在集成電路材料和設備領(lǐng)域的技術(shù)突破仍需長(cháng)期戰略性投入

集成電路材料分為原材料和過(guò)程材料，原材料即高純硅主要由日本企業(yè)壟斷，過(guò)程材料中的主要材料如光刻膠等主要由日本控制，電子特氣則被美國空氣集團、法國液空集團、德國林德集團、日本太陽(yáng)日酸四家公司壟斷。從市場(chǎng)主體來(lái)看，美國、歐洲、日本的傳統大型化工企業(yè)在集成電路材料領(lǐng)域均有涉獵，尤其是在光刻膠、電子氣體、濕化學(xué)品領(lǐng)域擁有較強的控制力。我國雖然進(jìn)入材料領(lǐng)域時(shí)間較晚，但部分產(chǎn)品技術(shù)能力提升較快，國產(chǎn)化率逐漸提升。設備領(lǐng)域目前仍然是由美國、歐洲、日本占主導地位，如美國在前道設備方面實(shí)力突出（美國在世界排名前5的設備供應商中占據3席，合計占據超過(guò)1/3的全球市場(chǎng)份額），日本則在后道設備方面表現突出。我國的發(fā)展現狀是在設備各個(gè)細分環(huán)節均有布局，在部分領(lǐng)域也取得了一些突破，但關(guān)鍵的高端設備要實(shí)現技術(shù)突破、打破國外企業(yè)壟斷，仍需長(cháng)期而持續的戰略性資源投入和有效的系統性牽引。

五、我國集成電路產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵核心技術(shù)突破的路徑選擇

在全球激烈的地緣政治博弈和貿易競爭格局下，隨著(zhù)新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革深入推進(jìn)，創(chuàng )新應用能力愈發(fā)成為國際競爭的重要因素[22]。在我國集成電路產(chǎn)業(yè)面臨較大國際技術(shù)壁壘的局面下，推行國產(chǎn)替代戰略是我國構筑可靠、穩定的集成電路供應鏈以及維系國家安全的必然選擇，構筑非對稱(chēng)競爭優(yōu)勢是實(shí)現關(guān)鍵核心技術(shù)突破的重要舉措。基于集成電路這一“卡脖子”產(chǎn)品的技術(shù)特性，其關(guān)鍵核心技術(shù)突破需要政企協(xié)同加以推進(jìn)。政府需加強創(chuàng )新體系組織者和創(chuàng )新生態(tài)塑造者的功能，根據集成電路產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵核心技術(shù)特征，選擇現實(shí)可行的技術(shù)突破路徑。

（一）基于關(guān)鍵核心技術(shù)自主可控目標進(jìn)行頂層設計與戰略統籌

應當圍繞關(guān)鍵核心技術(shù)突破，明確各政府部門(mén)主體責任和協(xié)同責任。從全生態(tài)體系視角出發(fā)，加快制訂產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵核心技術(shù)清單，明確不同層次技術(shù)的自主可控戰略。可參考美國、韓國的關(guān)鍵核心技術(shù)國家戰略，基于關(guān)鍵核心技術(shù)自主可控目標，明確“無(wú)人區”探索、保持領(lǐng)先、集中突破、市場(chǎng)并行、候補替代等不同戰略選擇，根據技術(shù)的經(jīng)濟范式和優(yōu)先級別的不同，明確政府在不同技術(shù)攻關(guān)中發(fā)揮協(xié)調者、補貼者、投資者或領(lǐng)先用戶(hù)等角色作用，形成具有實(shí)操性和階段性的核心技術(shù)突破路線(xiàn)圖。對于有較明顯技術(shù)短板的領(lǐng)域，要有針對性地開(kāi)展國際經(jīng)濟和技術(shù)合作，推動(dòng)全球數字經(jīng)濟生態(tài)向開(kāi)放包容、合作共享方向發(fā)展，為我國自主技術(shù)突破爭取良好的生態(tài)支撐。

（二）以“鏈盟”方式推動(dòng)全產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同創(chuàng )新和生態(tài)體系培育

集成電路作為長(cháng)鏈條、多關(guān)鍵環(huán)節、多中堅主體的復雜技術(shù)產(chǎn)業(yè)，創(chuàng )新主體的協(xié)同整合非常關(guān)鍵。現有集成電路后發(fā)趕超國家基本都選擇了政府強力干預創(chuàng )新體系的組織模式。實(shí)踐證明，政府干預對于產(chǎn)業(yè)技術(shù)突破難度大、研發(fā)投入巨大的共性關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng )新十分必要且有效。應當繼續加強對國家級技術(shù)創(chuàng )新中心、制造業(yè)創(chuàng )新中心的戰略牽引和建設指導，匯聚優(yōu)勢企業(yè)、科研機構資源集中攻關(guān)共性技術(shù)。大力加強產(chǎn)業(yè)鏈縱向協(xié)同創(chuàng )新的體制機制創(chuàng )新，探索建立促進(jìn)產(chǎn)業(yè)縱向協(xié)同創(chuàng )新的組織模式，從全國層面強化全產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同創(chuàng )新、貫通創(chuàng )新的組織保障。以產(chǎn)業(yè)鏈重要節點(diǎn)企業(yè)為依托，圍繞產(chǎn)業(yè)鏈關(guān)鍵核心技術(shù)難點(diǎn)、生態(tài)構建盲點(diǎn)和國產(chǎn)替代障礙，通過(guò)建立國產(chǎn)替代風(fēng)險補償機制和“鏈盟”協(xié)同創(chuàng )新基金，促進(jìn)國有企業(yè)、民營(yíng)企業(yè)共商共進(jìn)共享和大中小企業(yè)融通發(fā)展。

（三）集中優(yōu)勢資源著(zhù)力突破關(guān)鍵設備和材料掣肘

當前，關(guān)鍵材料和設備是中國集成電路掣肘較嚴重的環(huán)節，極易成為被限制和圍堵的領(lǐng)域，一些已經(jīng)突破的制造技術(shù)也因為受到設備缺位影響而出現迭代困難。因此，集中優(yōu)勢力量著(zhù)力突破關(guān)鍵設備和材料掣肘是產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系協(xié)同演進(jìn)的必然要求。一是應當強化對關(guān)鍵設備和材料國產(chǎn)替代的戰略統籌，增進(jìn)對供需雙方的雙向激勵。二是除對重點(diǎn)企業(yè)、重點(diǎn)項目予以財政和金融支持外，還需要創(chuàng )新人才招引方式，加大對行業(yè)緊缺人才的激勵力度，延攬高端人才，以關(guān)鍵人才推動(dòng)關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)。三是鼓勵科研人員與企業(yè)合作，充分保護共同開(kāi)發(fā)參與人的知識產(chǎn)權。打通產(chǎn)學(xué)研合作的體制壁壘，優(yōu)化科研人員考核評價(jià)機制，將科研人員合作研究和成果轉化績(jì)效納入評價(jià)體系。

（四）創(chuàng )新適用性工藝技術(shù)實(shí)現集成電路技術(shù)在地化

面對實(shí)現自主集成電路“能用”“可用”這一最迫切的問(wèn)題，轉換思維范式以創(chuàng )新適用性工藝技術(shù)滿(mǎn)足特定功能需求，成為我國當前較為現實(shí)的選擇。一方面，當前人工智能、云計算、大數據等技術(shù)正在加速重塑技術(shù)經(jīng)濟體系，集成電路所承載的功能也在調整，可以通過(guò)部分數據“上云”的方式為原來(lái)的大存儲、大算力芯片節省物理空間，即在不提升制程的情況下實(shí)現集約化。另一方面，通過(guò)芯片堆疊技術(shù)也可以實(shí)現以空間換性能，以較低制程技術(shù)實(shí)現高階制程技術(shù)性能，為部分破解當前高端制程掣肘困局提供思路。在EDA方面，后發(fā)企業(yè)可以依托人工智能、云計算等基礎，開(kāi)發(fā)融合度高、兼容性強的智能化工具，直接跳過(guò)常規工具開(kāi)發(fā)階段。同時(shí)推進(jìn)半導體新材料的研發(fā)與領(lǐng)域布局，推動(dòng)官產(chǎn)學(xué)研合作，做好體系性產(chǎn)業(yè)布局準備。提前布局前瞻性技術(shù)和重點(diǎn)企業(yè)，重點(diǎn)支持集成電路產(chǎn)業(yè)鏈上的補鏈關(guān)鍵點(diǎn)企業(yè)。

（五）推動(dòng)已實(shí)現自主突破的關(guān)鍵核心技術(shù)不斷迭代

從產(chǎn)業(yè)發(fā)展條件來(lái)看，我國具有其他集成電路產(chǎn)業(yè)技術(shù)追趕國家不能比擬的超大規模市場(chǎng)和豐富的產(chǎn)業(yè)國內市場(chǎng)優(yōu)勢。我國在人工智能芯片領(lǐng)域已實(shí)現優(yōu)先突破并處于世界領(lǐng)先地位。人工智能時(shí)代將成為我國集成電路產(chǎn)業(yè)技術(shù)后發(fā)趕超的重要機會(huì )窗口。歷史地看，每一個(gè)國家技術(shù)趕超都以劃時(shí)代產(chǎn)品的應用為牽引。我國擁有的海量生活消費場(chǎng)景和豐富的工業(yè)應用場(chǎng)景，為集成電路技術(shù)迭代創(chuàng )造了機會(huì )。通過(guò)鼓勵終端集成商與集成電路設計和制造廠(chǎng)商合作研發(fā)，開(kāi)發(fā)具備市場(chǎng)競爭力的產(chǎn)品。通過(guò)資本重組，推動(dòng)半導體制造技術(shù)軍民融合，加快優(yōu)質(zhì)資產(chǎn)的主體剝離，促進(jìn)成熟制程制造技術(shù)不斷升級。

注釋

[1]史丹、余菁:《全球價(jià)值鏈重構與跨國公司戰略分化——基于全球化轉向的探討》,《經(jīng)濟管理》2021年第2期。

[2]《美國的霸權霸道霸凌及其危害》(新華社北京2月20日電),《人民日報》2023年2月21日。

[3]《美國霸權霸道霸凌行徑嚴重危害世界》(鐘聲),《人民日報》2023年2月21日。

[4]張新平:《美國科技霸權損害人權阻礙發(fā)展》,《人民日報》2023年4月7日。

[5]余維新、熊文明:《關(guān)鍵核心技術(shù)軍民融合協(xié)同創(chuàng )新機理及協(xié)同機制研究——基于創(chuàng )新鏈視角》,《技術(shù)經(jīng)濟與管理研究》2020年第12期。

[6]陽(yáng)鎮:《關(guān)鍵核心技術(shù):多層次理解及其突破》,《創(chuàng )新科技》2023年第1期。

[7]謝富勝、王松:《突破制造業(yè)關(guān)鍵核心技術(shù):創(chuàng )新主體、社會(huì )條件與主攻方向》,《教學(xué)與研究》2019年第8期。

[8]余江、陳鳳、張越等:《鑄造強國重器:關(guān)鍵核心技術(shù)突破的規律探索與體系構建》,《中國科學(xué)院院刊》2019年第3期。

[9]呂鐵、賀俊:《政府干預何以有效:對中國高鐵技術(shù)趕超的調查研究》,《管理世界》2019年第9期。

[10]劉建麗、李先軍:《基于非對稱(chēng)競爭的“卡脖子”產(chǎn)品技術(shù)突圍與國產(chǎn)替代——以集成電路產(chǎn)業(yè)為例》,《中國人民大學(xué)學(xué)報》(工作論文),http://xuebao.ruc.edu.cn/CN/news/news233.shtml,最后訪(fǎng)問(wèn)日期:2023年4月6日。

[11]Lazonick W.H.,“The Innovative Firm,”in Fagerberg J,Mowery D C,Nelson R.R.,The Oxford Handbook of Innovation,Oxford:Oxford University Press,2005,pp.27-45.

[12]楊水利、蘇貝、易正廣:《技術(shù)資源優(yōu)勢、系統集成能力與“低端鎖定”突破的實(shí)證研究》,《科技進(jìn)步與對策》2017年第24期。

[13][美]莫韋里、羅森柏格:《革新之路——美國20世紀的技術(shù)革新》,四川人民出版社2002年版,第1—119頁(yè)。

[14]Griliches Z.,“Patent Statistics as Economic Indicators:A Survey,”Journal of Economic Literature,vol.28,no.4(1990),pp.1661-1707.

[15]陳實(shí)、李東升:《美國聯(lián)邦政府R&D經(jīng)費投入特點(diǎn)和變化趨勢分析》,《科技管理研究》2013年第11期。

[16]呂鐵、賀俊:《政府干預何以有效:對中國高鐵技術(shù)趕超的調查研究》,《管理世界》2019年第9期。

[17]金瑛、胡智慧、劉濤等:《韓國攻克半導體關(guān)鍵技術(shù)的組織管理模式及啟示》,《世界科技研究與發(fā)展》2019年第1期。

[18]毛蘊詩(shī)、徐向龍、陳濤:《基于核心技術(shù)與關(guān)鍵零部件的產(chǎn)業(yè)競爭力分析——以中國制造業(yè)為例》,《經(jīng)濟與管理研究》2014年第1期。

[19]陳鳳、余江、甘泉等:《國立科研機構如何牽引核心技術(shù)攻堅體系:國際經(jīng)驗與啟示》,《中國科學(xué)院院刊》2019年第8期。

[20]數據來(lái)源:ESD Alliance,https://semi.org/en/communities/esda,最后訪(fǎng)問(wèn)日期:2023年3月28日。

[21]數據來(lái)源:中國半導體行業(yè)協(xié)會(huì ),https://web.csia.net.cn/,最后訪(fǎng)問(wèn)日期:2023年4月2日。

[22]彭偉斌:《構建全國統一大市場(chǎng)的基本邏輯與時(shí)代意義》,《求索》2022年第6期。

劉建麗.“凹凸世界”背景下的關(guān)鍵核心技術(shù)突破路徑選擇——基于集成電路產(chǎn)業(yè)技術(shù)特質(zhì)的分析[J].求索,2023,(03):118-126.